(57)【要約】【課題】封口板と集電体の接触抵抗が増大するという問題点を解決し、接触抵抗の小さい大電流放電特性に優れた蓄電池を提供することを目的とする。【解決手段】帯状の正極板１と負極板２およびセパレータ５とからなる極板群６と電解液とを内部に収納し、上記極板群６の一方の極板に接続された集電体８と接続される金属製有底ケース９と、この金属製有底ケース９の開口部を密閉するとともに上記極板群６の他方の極板と接続された集電体７と接続される封口板１１とを備えた蓄電池であって、前記金属製有底ケース９は前記開口部に外方に突出する鍔部１０を有し、この鍔部１０に載置した前記封口板１１を鍔部１０の周縁部の屈曲部で封口した蓄電池とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群と電解液とを内部に収納し、上記極板群の一方の極板に接続された集電体と接続される金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの開口部を密閉するとともに上記極板群の他方の極板と接続された集電体と接続される封口板とを備えた蓄電池であって、
前記金属製有底ケースは前記開口部に外方に突出する鍔部を有し、この鍔部に載置した前記封口板を鍔部の周縁部の屈曲部で封口した蓄電池。
【請求項２】
前記封口板の外径寸法が、前記金属製有底ケースの筒状部外径寸法の９８〜１２０％である請求項１記載の蓄電池。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電池をパックケースに複数個収納した電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻状極板群を備えた蓄電池に関し、特に車両の駆動電源として用いる蓄電池および電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル‐カドミウム蓄電池やニッケル‐水素蓄電池に代表されるアルカリ蓄電池は、信頼性が高くそのメンテナンスも容易であることから、携帯電話やノートパソコン等の各種用途に幅広く用いられている。さらに近年においては電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として大電流放電に適したアルカリ蓄電池の開発が要望されている。
【０００３】
アルカリ蓄電池は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介して渦巻状に巻回して極板群を形成し、電解液と共に金属製有底ケースに収納し、封口することにより形成される。
【０００４】
このようなアルカリ蓄電池は、金属製有底ケースの開口部分の内側に高分子樹脂製のガスケットを配置し、開口部分に外側から力を加えてガスケットを圧縮し、その反発力を利用して金属製有底ケースの開口部分を密閉、封口している。
【０００５】
更に大電流放電用途に用いられるアルカリ蓄電池では、正極板と負極板をそれぞれの上端部あるいは下端部が極板群の上下から突出するように巻回し、上下から突出した正極板と負極板の先端部分に集電体を複数箇所で接続することによって極板からの集電性を高めているが、特に封口板と集電体を接続するリード端子において接触抵抗が増大するという問題があった。
【０００６】
そこで、リード端子を介さず封口板と集電体を直接溶接する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００１−２５６９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では、封口板と集電体とを溶接する工程において、電池を支える受け型を電池底部に設定するため、溶接電極高さが安定せず、その結果、確実で安定した溶接が行えず接触抵抗が増大する可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、接触抵抗の小さい大電流放電特性に優れた蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明の蓄電池は、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群の一方と接続された平板からなる集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの開口部を密閉する封口板とを備えた蓄電池であって、前記金属製有底ケースは前記開口部に外方に突出する鍔部を有し、この鍔部に載置した前記封口板を前記鍔部の周縁部の屈曲部で封口し、前記集電体と前記封口板とを電気的に接続したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金属製有底ケースの鍔部を利用して封口板と集電体の溶接が行えるので封口板と集電体の接触抵抗が小さくなり、大電流放電特性に優れた蓄電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の形態においては、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群と電解液とを内部に収納し、上記極板群の一方の極板に接続された集電体と接続される金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの開口部を密閉するとともに上記極板群の他方の極板と接続された集電体と接続される封口板とを備えた蓄電池であって、
前記金属製有底ケースは前記開口部に外方に突出する鍔部を有し、この鍔部に載置した前記封口板を鍔部の周縁部の屈曲部で封口した構成とするものである。
【００１２】
この構成によれば、封口板と集電体とを溶接する工程において、電池を支える受け型を電池の鍔部に設定できるため、溶接電極の高さばらつきを抑制でき、溶接時の加圧力を安定させることができる。その結果、封口板と集電体の溶接部の接触抵抗が小さくなり、大電流放電特性に優れた蓄電池が得られる。溶接荷重を鍔部で受けるため、従来の金属製有底ケース全体で受ける方法と異なり、金属製有底ケースへの傷、へこみを防止でき、更に金属製有底ケースの肉厚を薄くできる効果も奏する。
【００１３】
組立電池の搬送工程においては、鍔部を利用してチャック搬送できるため、電池が落下する心配がなく、金属製有底ケースの側面が変形する等の問題も解消され、高速で安定して搬送できる効果を奏する。
【００１４】
電池の上下方向を判別する工程においては、金属製有底ケースの筒状部と鍔部の段差を利用して容易に判別できる。封口板の正極キャップと金属製有底ケースの僅かな段差を検知する従来の方法では誤検知が多く、接触式の検知方法では正極キャップと金属製有底ケースの負極が外部ショートする可能性もあったが、これらの問題を解消できる。
【００１５】
また、本発明の封口板の外径寸法は、金属製有底ケースの筒状部外径寸法の９８〜１２０％であることが好ましい。
【００１６】
このようにすると、鍔部の周縁部の屈曲部で封口する際のかしめが容易であり、且つ、強く圧縮できるため耐漏液性を向上させることができる。更に封口板と集電体を溶接する際の封口板の位置決めを安定させる効果も奏する。
【００１７】
また、本発明の別の形態においては、帯状の正極板と負極板およびセパレータとからなる極板群の一方と接続された平板からなる集電体と、電解液とを内部に収納した金属製有底ケースと、この金属製有底ケースの上部を密閉する封口板とを備えた蓄電池を複数個電気的に直列に構成してなる電池パックであって、前記金属製有底ケースは開口部を外周側に拡口した受部を有し、この受部に前記封口板を載置し、前記開口部を内方に屈曲させてかしめ封口するとともに、前記集電体と前記封口板とを電気的に接続した蓄電池を複数個電気的に直列に接続して構成した。
【００１８】
この構成によれば、電池間を接続するための接続リングを電池の上部に溶接する際に、前記の封口板と集電体とを溶接する工程と同様に電池を支える受け型を電池の鍔部に設定できるため、溶接電極の高さばらつきを抑制でき、溶接時の加圧力を安定させることができる。
【００１９】
また、複数個の電池を直列にバスバーと溶接する際において、鍔部で電池側面を支えることができるため電極加圧時に電池側面の支えがすべることなく、溶接点がずれることがない。その結果、電池間および電池とバスバーの溶接性が安定する効果を奏する。
【００２０】
また、鍔部を有するため電池側面の鍔部下部に電池の放熱空間ができる。この放熱空間を保持する部品を別途必要とせず、放熱空間を容易に確保できる効果も奏する。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について図を用いて説明する。
【００２２】
尚、ここで示す図は一例であって、本発明の請求項に表す構成を有していれば、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
図１は本発明の蓄電池の一実施例を示す概略断面図、図２は本発明の蓄電池の封口板と集電体の溶接工程を示す説明図である。
【００２４】
正極板１の先端部分を上方へ突出し露出正極芯材部３を設け、負極板２の先端部分を下方へ突出して露出負極芯材部４を設ける。これら正負極板にセパレータ５を介して渦巻状に巻回した極板群６を形成する。
【００２５】
露出正極芯材部３に上部の集電体７を溶接し、同様に露出負極芯材部４に下部の集電体８を溶接する。
【００２６】
これらの極板群６を金属製有底ケース９に挿入した後、下部の集電体８と金属製有底ケース９を溶接する。
【００２７】
金属製有底ケース９は、開口部に外方に突出する鍔部１０を有し、この鍔部１０に封口板１１を載置し、鍔部１０の周縁部を内方に屈曲させてかしめ封口する。
【００２８】
この鍔部１０を受け型１２で支え、集電体７と封口板１１を上方より溶接電極１３により加圧して溶接する。
【００２９】
次いで、所定量のアルカリ電解液を金属製有底ケース９内に挿入し、正極キャップ１４を溶接して円筒形アルカリ蓄電池を作製する。
【００３０】
（実施例１）
厚さ１．０mmの焼結式ニッケルからなる正極板１の先端部分を上方へ１．５ｍｍ突出し、厚さ０．７ｍｍのペースト式カドミウムからなる負極板２の先端部分を下方へ１．５ｍｍ突出してセパレータ５を介して、渦巻状に巻回した極板群６を形成した。
【００３１】
前記正極板１の先端部分に板厚０．４０ｍｍの低炭素鋼からなる上部の集電体７を溶接し、同様に負極板２の先端部分に板厚０．２０ｍｍの下部の集電体８を溶接した。
【００３２】
これらの極板群６を金属製有底ケース９に挿入し、金属製有底ケース９と下部の集電体８を溶接により接続して、所定量のアルカリ電解液を上部の集電体７の中央孔を利用して金属製有底ケース９内に挿入した。
【００３３】
次いで、金属製有底ケース９の鍔部１０に封口板１１を載置し、この鍔部１０を受け型１２で支え、上方より溶接電極１３により加圧して集電体７と封口板１１を１点溶接した。その後、鍔部１０の周縁部を内方に屈曲させ、かしめ封口して円筒形アルカリ蓄電池を構成した。
【００３４】
尚、封口板１１の外径寸法は、金属製有底ケース９の筒状部外径寸法の１２０％とした
。
【００３５】
この円筒形アルカリ蓄電池は、直径３５．０ｍｍ、高さ５６．５mm、公称容量５０００ｍＡｈである。
【００３６】
また、上部の集電体７の材質にニッケル材を用いても良い。材質に、ニッケル材を用いれば、バリが発生しにくい等の加工性に優れた効果が得られる。
【００３７】
（実施例２）
上部の集電体７と封口板１１を２点溶接した以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例２とした。
【００３８】
（実施例３）
上部の集電体７と封口板１１を４点溶接した以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例３とした。
【００３９】
（実施例４）
封口板１１の外径寸法は金属製有底ケース９の筒状部外径寸法の１００％とした以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例４とした。
【００４０】
（実施例５）
上部の集電体７と封口板１１を２点溶接した以外は実施例４と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例５とした。
【００４１】
（実施例６）
上部の集電体７と封口板１１を４点溶接した以外は実施例４と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例６とした。
【００４２】
（実施例７）
封口板１１の外径寸法は金属製有底ケース９の筒状部外径寸法の９８％とした以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例７とした。
【００４３】
（実施例８）
上部の集電体７と封口板１１を２点溶接した以外は実施例７と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例８とした。
【００４４】
（実施例９）
上部の集電体７と封口板１１を４点溶接した以外は実施例７と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を実施例９とした。
【００４５】
（比較例１）
鍔部のない金属製有底ケースを用い、封口板の外径寸法は金属製有底ケースの筒状部外径寸法の９０％とした以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を比較例１とした。
【００４６】
（比較例２）
上部の集電体と封口板を２点溶接した以外は比較例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を比較例２とした。
【００４７】
（比較例３）
上部の集電体と封口板を４点溶接した以外は比較例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を比較例３とした。
【００４８】
（比較例４）
封口板の外径寸法は金属製有底ケースの筒状部外径寸法の９７％とした以外は実施例１と同じように構成した円筒形アルカリ蓄電池を比較例４とした。
【００４９】
以上のように構成したアルカリ蓄電池について、以下、その特性等を説明する。
本実施例と比較例における円筒形アルカリ蓄電池の封口板と上部の集電体との接続性を溶接強度と接触抵抗値により比較した結果を（表１）に示す。
【００５０】
【表１】
2007066599.tif 000003
溶接強度は引っ張り試験後の破断痕の寸法に基き判定した。破断痕の寸法の測定にはマイクロスコープを用い、破断痕のＸ方向およびＹ方向の２方向を測定した。破断痕の寸法は、（Ｘ方向寸法＋Ｙ方向寸法）／２として算出し、破断痕の寸法は大きいほど溶接強度が高く、比較例１を１００％とした場合の比率を示した。溶接箇所が複数の場合は平均値を示した。
【００５１】
接触抵抗値は、封口板と上部の集電体を溶接し、アルカリ電解液を挿入前に溶接部の接触抵抗値を測定した。接触抵抗値についても溶接強度と同様に電池サイズ等により変動するため、比較例１を１００％とした場合の比率で示した。
【００５２】
この（表１）に示すように、金属製有底ケース９に鍔部１０を設けた実施例１〜９は、鍔部のない比較例１〜３と比べて、溶接強度が増し接触抵抗値が小さくなることが確認された。
【００５３】
実施例１〜９によれば、金属製有底ケース９に鍔部１０を有しているため、封口板１１と上部の集電体７を溶接する工程において、電池を支える受け型を電池の鍔部１０に設定できるため、溶接電極の高さばらつきを抑制でき溶接時の加圧力を安定させることができる。その結果、封口板１１と上部の集電体７の溶接強度が２０〜２５％近く増し接触抵抗値が１５％強小さくできたと推測できる。
【００５４】
また、金属製有底ケース９の筒状部外径寸法に対する封口板１１の外径寸法の比率は、９８％、１００％、１２０％と大きくなるほど溶接強度と接触抵抗値が若干向上できることが分かった。これは、封口板１１を金属製有底ケース９の鍔部１０に載置し、上方より溶接電極１３により加圧して溶接する際に封口板１１の湾曲が小さくなり、より安定した
状態で溶接できるためと推測できる。
【００５５】
実施例７〜９によれば、金属製有底ケース９に鍔部１０を有した本発明の構成であれば、封口板１１の外径寸法が金属製有底ケース９の筒状部外径寸法の９８％であっても接続性が向上できることが分かった。封口板１１の外径寸法が金属製有底ケース９の筒状部外径寸法の９８％であれば、封口板１１の周縁部が金属製有底ケース９の板厚部上に存在するため溶接時の加圧力を安定させることができたためと推測できる。
【００５６】
また、封口板１１の外径寸法が金属製有底ケース９の筒状部外径寸法の９８〜１２０％であれば、ヒートショック試験において耐漏液性が向上できることが確認できた。
【００５７】
このようにすると、鍔部１０の周縁部の屈曲部で封口する際のかしめが容易であり、且つ、強く圧縮できるため封口密閉性が向上し、その結果、耐漏液性が向上したと推測できる。
【００５８】
尚、封口板の外径寸法が金属製有底ケースの筒状部外径寸法の１２０％より大きくなれば電池パック構成時のスペース効率が良くない等、商品価値がないため上限は１２０％が好ましい。
【００５９】
また、溶接点数が１点、２点、４点と溶接点数を増やすと溶接強度と接触抵抗が向上できることが分かった。溶接強度は前記したように溶接痕の寸法を指標としているが、２点、４点と溶接点数を増やし複数箇所で加圧することで、溶接・加圧時における封口板１１および上部の集電体７の傾きやずれが改善され、その結果、溶接痕の寸法が安定したと推測できる。
【００６０】
溶接点数を増やせば接続性が向上でき、例えば長期使用時の振動等に対しても接触抵抗値が増大することのない信頼性の高い円筒形アルカリ蓄電池が得られると推測できる。
【００６１】
一方、比較例１〜３の溶接強度が各実施例と比べて低く接触抵抗値が大きくなる理由は、封口板と上部の集電体の溶接工程において、受け型を金属製有底ケースの底部に設置していることに起因する。電極の加圧を金属製有底ケースの底部で受けるため、電池高さのばらつき分や電池の位置決めが不安定となり、その結果、溶接時の加圧が不安定となるためと推測できる。
【００６２】
また、比較例４の溶接強度が実施例７と比べて低く接触抵抗値が僅かに大きくなる理由は、封口板の外径寸法が金属製有底ケースの筒状部外径寸法の９７％より小さくなれば、封口板の周縁部が金属製有底ケースの内径寸法以下となるため、溶接時の加圧力の安定性に欠けたためと推測できる。
【００６３】
次に、実施例３、実施例５、実施例７、比較例１の円筒形アルカリ蓄電池を用い、大電流放電特性の比較を行った。
【００６４】
大電流放電特性の評価は、２０℃雰囲気下において、充電電流５００ｍＡで１５時間充電した後、放電終止電圧１．０Ｖまで放電電流５Ａで放電し、次いで、前記条件で充電後、前記放電終止電圧まで放電電流２７Ａで放電し、２７Ａ放電時の放電容量を５Ａ放電時の放電容量で除した放電容量比で評価した。
【００６５】
大電流放電特性の評価結果は、実施例３が９１．３％、実施例５が８９．５％、実施例７が８７．２％、比較例２が８４．１％であった。
【００６６】
実施例３、５、７は、封口板と上部の集電体の溶接性を改善し接触抵抗値が小さくなったため、比較例１と比較して大電流放電特性が向上していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
大電流放電が必要となる電動工具をはじめ、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の蓄電池の一実施例を示す概略断面図
【図２】本発明の蓄電池の封口板と集電体の溶接工程を示す説明図
【符号の説明】
【００６９】
１    正極板
２    負極板
３    露出正極芯材部
４    露出負極芯材部
５    セパレータ
６    極板群
７    上部の集電体
８    下部の集電体
９    金属製有底ケース
１０  鍔部
１１  封口板
１２  受け型
１３  溶接電極
１４  正極キャップ
【図１】
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【図２】
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